PTB-Mitteilungen 2013 Heft 4 - Physikalisch-Technische ...

PTB-Mitteilungen 123 (2013), Heft 4
Helmholtz-Preis n
HELMHOLTZ-PREIS 1993 (Preisverleihung am 15.03.1993)
Dr. Ulrich von Pidoll, Dr. Helmut Krämer
für die Arbeit „Die Mindestzündenergie von Pulverlacken für die elektrostatische Pulverbeschichtung“
Mindestzündenergie von Pulverlacken
Das lösungsmittelfreie Lackieren mit Pulverlacken wird
wegen seiner Wirtschaftlichkeit und seiner hervorragenden
Lackierergebnisse vielfältig eingesetzt, u. a. in der Haushaltsgerätefertigung
und in der Automobilproduktion. Bei diesem
Verfahren wird ein Gemisch aus Luft und Lackpartikeln, die
durch eine Hochspannung elektrisch aufgeladen werden, von
einem elektrostatischen Feld auf das zu lackierende Werkstück
gelenkt. Das beschichtete Werkstück wird anschließend
in einem Ofen erhitzt, so dass die Pulverteilchen schmelzen
und eine gleichmäßige Lackschicht bilden. Wenn das leicht
entzündliche Pulverlack-Luft-Gemisch in der Sprühpistole
die Hochspannungselektrode passiert, muss sichergestellt
sein, dass eventuell auftretende elektrische Entladungen von
der Elektrode keine Explosion auslösen. Früher erfolgte dies
durch eine Zündprüfung der Sprühpistole in einem explosionsfähigen Methan-Luftgemisch,
heute wird die Entladeenergie weltweit nach einem Vorschlag von Ulrich
von Pidoll mit einer speziellen Elektrode, die an ein Oszilloskop angeschlossen ist,
rein elektrisch bestimmt. Die Betriebssicherheit der Sprühpistole ist gewährleistet,
wenn deren maximal mögliche Entladeenergie niedriger ist als die Mindestzündenergie
aller in der Praxis verwendeten Pulverlacke. Hierzu bestimmten Dr. Ulrich
von Pidoll und Dr. Helmut Krämer von der PTB die Mindestzündenergie einer
großen Zahl von unterschiedlichen Pulverlacken und untersuchten systematisch, von
welchen physikalischen und chemischen Eigenschaften der Pulverlacke sie abhing.
Sie konnten eine allgemeingültige Formel entwickeln, mit der sich die Mindestzündenergie
von Pulverlacken hinreichend genau berechnen lässt. Für diese Arbeit wurden
sie mit dem Helmholtz-Preis 1993 im Bereich „Physikalische und Chemische Sicherheitstechnik“
ausgezeichnet.
Bei den Experimenten wurde das zu untersuchende Pulver unter einem Druck von
20 bar mit Luft durch eine Ringdüse in ein zuvor evakuiertes Zündgefäß eingeblasen.
In diesem explosionsdruckfesten Kugelgefäß bildete sich eine gleichmäßig verteilte
Pulverwolke. Danach wurde mit einer Drei-Elektroden-Funkenstrecke im Zündgefäß
ein Zündfunke von variabler Energie erzeugt und der Minimalwert der Funkenenergie
gemessen, der gerade noch ausreichte, das Pulver-Luft-Gemisch zu entzünden.
Die gemessene Mindestzündenergie eines Pulverlackes war beispielsweise umso
kleiner, je größer die Gesamtoberfläche war. Ein Pulverlack aus kleinen Partikeln
ließ sich also leichter zünden als ein Pulverlack aus größeren Teilchen. Auch spielten
die chemische Zusammensetzung und der Anteil nichtbrennbarer Stoffe eine große
Rolle. Der absolut niedrigste Wert für die Mindestzündenergie wurde für superfeine
Epoxid-Klarlacke gemessen und betrug 1,7 mJ. Die beiden Forscher schlugen vor,
diesen Minimalwert bei der Zündprüfung von Sprühgeräten für die Pulverlackierung
zugrunde zu legen. Sowohl dieser Wert als auch die erwähnte Formel wurden inzwischen
in europäische Normen übernommen.
Ulrich von Pidoll (li.) wurde 1956
in Köln geboren. Von 1975 bis 1980
studierte er physikalische Chemie an
der TU Darmstadt, wo er 1984 promovierte.
Von 1985 bis 1990 arbeitete er
bei der Feldmühle AG. Anschließend
ging er zur PTB Braunschweig und ist
seither in der Arbeitsgruppe „Physikalische
Zündvorgänge“ tätig. Seine Arbeit
hat zur Aufstellung von zahlreichen
deutschen, europäischen und internationalen
Normen im Bereich der Sicherheit
beigetragen.
Helmut Krämer (re.), 1937 in Hamm in
Westfalen geboren, studierte von 1958
bis 1963 Physik in Göttingen. Anschließend
ging er an die TH Darmstadt, wo
er 1966 am Lehrstuhl für Elektrochemie
promovierte. Nach Tätigkeiten am
Chemical Department der University of
Aberdeen (1966-67) und als Gymnasiallehrer
in Hamm (1967-70) kam er 1970
zur PTB Braunschweig. Hier leitete er
die Fachlaboratorien „Brennbare Flüssigkeiten“
(1980-86) und „Physikalische
Zündvorgänge“ (1986-89). Von 1989 bis
1998 war er Direktor der Fachgruppe
„Grundlagen der physikalischen Sicherheitstechnik“.
Er ist 1998 verstorben.
Literatur
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U. von Pidoll, H. Krämer: Die Mindestzündenergie von Pulverlacken für die elektrostatische
Pulverbeschichtung. PTB-Mitteilungen 103, (1993), 329
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